Les caméras d’Appolo 11

Publié le 2 août 2009 et mis à jour le 6 septembre 2009 - 6 commentaires -

Fin juillet, nous avons eu droit à toutes les rétros­pec­tives pos­sibles sur les 40 ans de la conquête de la Lune. Avec force docu­men­taires, de bonne qua­lité en géné­ral. Ce qui rap­pelle pro­saï­que­ment le rôle que jouaient les astronautes :

• Livreurs : car leur rôle prin­ci­pal consis­tait à ins­tal­ler sur la lune des maté­riels divers pour mener des expé­riences scien­ti­fiques, le plus sou­vent pilo­tées à dis­tance. C’est ainsi le cas de la mis­sion Appolo 11 pen­dant laquelle a été ins­tallé le miroir qui per­met de mesu­rer les évolu­tions de la dis­tance terre-lune avec un laser émis à par­tir de la terre.
• Assis­tants géo­logues : avec la col­lecte de roches lunaires, plus de 500 Kg récu­pé­rées lors des 6 mis­sions Appolo.
• Camé­ra­men : enfin, fil­mer et prendre des pho­tos, un rôle à fina­lité autant scien­ti­fique que média­tique ! C’est cet aspect que j’ai sou­haité creu­ser dans cet article, ce qui est assez facile car les aspects tech­niques des mis­sions Appolo sont très bien docu­men­tés, notam­ment sur http://www.lpi.usra.edu/lunar/missions/apollo/apollo_11/photography/. Et qui suit une petite tra­di­tion de ce blog qui se consacre quelque peu à la pho­to­gra­phie pen­dant la période pro­pice de l’été.

Les dos­siers de presse des mis­sions lunaires datant de l’époque sont dis­po­nibles sur : http://history.nasa.gov/alsj/alsj-prskits.html. Ils étaient éton­nam­ment très détaillés, notam­ment sur le minu­tage pré­cis des mis­sions. Le dos­sier de presse d’Appolo 11 fai­sait ainsi 254 pages. A l’époque où Inter­net n’existait pas, ni même les PC, l’obtenir au for­mat papier était donc une per­for­mance pour la presse et ce contenu avait beau­coup de valeur en créant une asy­mé­trie entre les spec­ta­teurs et la presse. Main­te­nant, tout le monde a accès aux mêmes infor­ma­tions et peut les dépiau­ter, ce qui réduit cette asy­mé­trie d’accès à l’information sur un tas de sujets.

Dans le dos­sier de la der­nière mis­sion, Appolo 17, on peut consul­ter le temps passé sur la lune et à mar­cher sur la lune par mis­sion, ce qui rap­pelle qu’Amstrong et Aldrin n’ont passé que deux heures et demi hors du LEM pen­dant leur mis­sion et n’ont rap­porté que 20 kg de roches lunaires tan­dis que la der­nière mis­sion avait donné lieu à trois sor­ties de sept heures chacune :

Les camé­ras uti­li­sées étaient dif­fé­rentes dans le LEM (http://www.myspacemuseum.com/apollocams.htm) et dans le module de com­mande (http://www.myspacemuseum.com/simbay.htm).

Dans le LEM

Pour ce qui est du LEM qui nous inté­resse le plus, il n’y avait qu’une seule sorte de caméra vidéo uti­li­sée dans Appolo 11. De marque Wes­tin­ghouse, elle dif­fu­sait 10 images par secondes sur 320 lignes, soit un équi­va­lent de vidéo You­Tube de basse qua­lité aujourd’hui.

La caméra d’Appolo 11 dif­fu­sait notam­ment les pre­miers pas de Neil Amstrong sur la lune (Res­to­red Videos From Apollo 11 Moon­walk). Elle était fixée dans le MESA, une trappe d’instruments située sur le côté du LEM. En des­cen­dant de l’échelle, Amstrong a tiré un levier qui a déployé ce MESA où la caméra était posi­tion­née pour fil­mer exac­te­ment l’échelle. C’est ce qui explique qu’il n’y avait pas de vidéo d’Amstrong avant. Ensuite, Amstrong a pris la caméra et l’a posée sur un pied à une quin­zaine de mètres du LEM pour fil­mer la pose du dra­peau amé­ri­cain sur la lune. La trans­mis­sion avait lieu en HF et en direct. Les trans­mis­sions consis­taient en un flux d’informations numé­riques (à 52Kbits/secondes d’Appolo vers la terre pour toutes les mesures télé­mé­triques) et des flux ana­lo­giques (TV, radio) trans­mis à la NASA qui les relayait sur terre avec des satel­lites divers et son réseau ter­restre, les sta­tions de récep­tion étant dotées d’antennes de 9 à 64 mètres de diamètre.

Ce n’était pas ce qu’il y avait de mieux d’un point de vue tech­no­lo­gique à l’époque car au moment de la concep­tion du pro­gramme Appolo, la télé­vi­sion n’était pas encore une prio­rité. Les mis­sions sui­vantes d’Appolo 11 ont béné­fi­cié d’améliorations sub­stan­tielles, notam­ment dans la cou­leur même si à l’époque, peu de foyers étaient équi­pés de postes en cou­leur. Cer­taines camé­ras étaient même télé­com­man­dées telles que celles qui étaient fixées sur le “rover” lunaire (la jeep) ou sur le sol. C’est ainsi que furent prises les images du déco­lage du LEM, la caméra étant télé­com­man­dée avec une anti­ci­pa­tion d’environ deux secondes pour tenir compte du temps de par­cours des signaux entre la terre à la lune.

Il y avait par ailleurs une caméra 16 mm argen­tique, le “DAC” d’origine Mau­rer, fonc­tion­nant à 10 images seconde. C’était un com­pro­mis per­met­tant de fil­mer à un nombre d’images faibles tout en pre­nant des pho­tos de qua­lité cor­recte. Cette caméra a filmé l’alunissage main­te­nant bien connu, qui n’avait donc pas été dif­fusé en direct à l’époque, mais qui a servi à recréer l‘événement audio­vi­suel après coup.

Plu­sieurs appa­reils photo Has­sel­blad 500 EL 70 mm ont per­mis de prendre des dizaines de cli­chés de très bonne qua­lité. Ces appa­reils étaient moto­ri­sés et équi­pés d’objectifs Zeiss de grande qua­lité mais d’ouverture moyenne (5.6 pour l’un et 2.8 pour deux autres). Cette moto­ri­sa­tion avait été réa­li­sée pour la NASA, per­met­tant aux astro­nautes de ne pas perdre de temps, et ensuite été appli­quées aux ver­sions com­mer­ciales de ces appa­reils. La pel­li­cule était faite en poly­es­ter plus fin que les pel­li­cules habi­tuelles, per­met­tant de conçe­voir des maga­sins de pel­li­cule pour 200 prises. A ce sujet existe un polé­mique autour de l’absence d’étoiles dans les pho­tos, ali­men­tée par les tenants de la thèse de l’absence d’alunissage et d’un coup monté de la NASA. En fait, l’explication est très simple : c’est lié à l’ouverture uti­li­sée qui était adap­tée à la grande lumi­no­sité du pay­sage lunaire, et donc pas assez grande pour cap­ter les étoiles bien moins lumi­neuses dans le ciel (vu sur http://www.skywise711.com/Skeptic/MoonPics/MoonPics.html). Un des Has­sel­blad pre­nait des pho­tos clas­siques (pour les médias) et l’autre, pour mesu­rer pré­ci­sé­ment la taille des éléments pho­to­gra­phiés sur la sur­face lunaire, grâce à une plaque de verre avec des croix per­met­tant de bien cali­brer les pho­tos prises.

L’ensemble des pho­tos prises par ces Has­sel­blad pen­dant la mis­sion Appolo 11 est ici : http://www.lpi.usra.edu/resources/apollo/catalog/70mm/mission/?11 (1407 pho­tos dont 232 prises sur la sur­face de la lune pen­dant les deux heures à l’extérieur du LEM).

Enfin, la mis­sion com­pre­nait aussi un appa­reil photo sté­réo­sco­piques 35 mm avec un flash inté­gré et un char­geur de film avec 100 paires d’images sté­réo­sco­piques. Il a servi prendre 17 pho­tos sté­réo­sco­piques du sol lunaire en “close up”. La caméra était mon­tée dans un petit cylindre posé à même le sol, ci-dessous à droite (pho­tos prises ici : http://www.lpi.usra.edu/resources/apollo/catalog/alscc/magazine/?45).

Pour en savoir plus, voir cet excellent article très bien docu­menté : http://www.capcomespace.net/dossiers/photographier_le_spatial/apollo/index.htm.

Dans le module de commande

Au niveau du module de com­mande, il y avait par ailleurs une caméra cou­leur de 30 images par seconde sur 525 lignes (le NTSC) capable d’émettre en direct, la cou­leur étant géné­rée avec roue de cou­leur tour­nante, pra­tique cou­rante dans les années 60. Cette caméra est à l’origine des images de l’arrimage du LEM et du module de com­mande à son retour de la lune.

Le module était aussi équipé d’un bloc de quadre appa­reils Has­sel­blad équi­pés de filtres de cou­leur pour prendre des pho­tos multi spec­trales (avec films noir et blanc). Et enfin, d’un appa­reil Has­sel­blad simi­laire à ce lui qui était dans le LEM.

Les astro­nautes uti­li­saient enfin un appa­reil photo réflex Nikon F2 de 35 mm (http://www.cameraquest.com/nfapol.htm). Mais seule­ment à par­tir de 1971, donc pas dans Appolo 11.

Les contraintes

Cet aspect est aussi assez bien docu­menté, notam­ment sur http://history.nasa.gov/alsj/apollo.photechnqs.htm (190 pages, 1972). Fil­mer sur la lune n’était pas ano­din puisqu’il fal­lait résis­ter aux contraintes suivantes :

• Les rayons cos­miques et micro météo­rites qui pou­vaient notam­ment endom­ma­ger l’électronique de la caméra vidéo. Mais à l’époque, ces camé­ras étaient faites avec des tran­sis­tors et aucun cir­cuit inté­gré, donc la résis­tance devait être très bonne aux microparticules.
• Les tem­pé­ra­tures extrêmes, qui pou­vaient affec­ter notam­ment les appa­reils pho­tos. On voit que la caméra vidéo du LEM est entiè­re­ment scel­lée dans un boi­tier métal­lique qui a l’air bien étanche. Mais quid des appa­reils pho­tos et du DAC ? Ils étaient en fini­tion argen­tée matte, faite d’une pein­ture époxy qui réflé­chit les rayons infra­rouges et qui se consomme en bru­lant (?) pour dis­si­per l’énergie accu­mu­lée. L’intérieur des camé­ras était rem­pli d’Azote.
• La résis­tance aux pous­sières, très fines sur la lune. Réa­li­sée notam­ment avec une pro­tec­tion contre l’électricité statique.
• Le fonc­tion­ne­ment sous vide qui affecte peut-être la manière dont les films argen­tiques se déplacent dans les appa­reils. Les maga­sins de films d’Appolo 11 n’étaient pas scel­lés et cela n’a pas posé de pro­blème. Mais cela a condi­tionné le choix de poly­es­ter au lieu de cel­lu­lose pour le plas­tique des films.
• La résis­tance aux vibra­tions, sur­tout pen­dant les phases de décol­lage de la fusée Saturn V. Les contraintes : 20 G d’accélération pen­dant trois minutes et des chocs de 30 G.
• La résis­tance à de fortes varia­tions d’humidité pou­vant aller jusqu’à 100% d’hygrométrie.

Et aujourd’hui ? 

Dans la navette spa­tiale, la photo comme la vidéo sont évidem­ment numé­riques. Les appa­reils Canon et Nikon sont de la par­tie. Dans la der­nière mis­sion STS 127, les astro­nautes uti­li­saient des objec­tifs de 400 mm et 800 mm pour prendre des pho­tos des tuiles de pro­tec­tion de la navette spa­tiale à par­tir de la Space Sta­tion. Une caméra IMAX 3D va bien­tôt être uti­li­sée pour rap­por­ter des images sté­réo­sco­piques très haute réso­lu­tion. Enfin, les opé­ra­tions qui ont lieu dans la Space Sta­tion sont dif­fu­sées en temps réel sur Inter­net en vidéo. Et la NASA conti­nue d’abreuver les spé­cia­listes inté­res­sés avec une infor­ma­tion d’une richesse incroyable (cf les détails de la mis­sion STS 127 jour par jour).

Quant à Hubble qui pro­duit tou­jours les meilleures images d’astronomie ima­gi­nables, la der­nière géné­ra­tion d’appareil de prise de vue pho­to­gra­phique est le “Wide Field Camera 3” qui uti­lise deux cap­teurs CCD de 2x4K (de 6 cm de côté – ci-dessous dans la photo - , et de 16 mpixels avec un gap de 35 pixels entre les deux cap­teurs, avec des pixels de 15 microns à com­pa­rer à 6,45 microns pour les 21 mpixels d’un Canon 5D Mark II) pour la par­tie visible du spectre lumi­neux et un autre de 1x1K (1 mpixels) pour le spectre infra­rouge (détails dans ce PDF de 296 pages…). Le cap­teur du spectre visible fonc­tionne à -85°C ce qui doit réduire le bruit quan­tique généré dans les images. Mal­gré tout, 1,5% à 3% des pixels des cap­teurs CCD sont atteints par des rayons cos­miques par prise. Jusqu’à quatre pho­tos consé­cu­tives sont prises à chaque fois pour élimi­ner les pixels défec­tueux par trai­te­ment numé­rique. Tous ces cap­teurs sont fabri­qués visi­ble­ment sur mesure par des socié­tés amé­ri­caines incon­nues du grand public.

Petite réflexion pour ter­mi­ner : l’Internet et la poli­tique de com­mu­ni­ca­tion de la NASA ont per­mis une dif­fu­sion très large d’informations tech­niques et scien­ti­fiques sur ces dif­fé­rentes mis­sions spa­tiales. L’abondance d’information ne suf­fit pas à géné­rer les voca­tions scien­ti­fiques. Elle pour­rait même leur nuire du fait d’une forme de bana­li­sa­tion. Est-ce que les plans consis­tant à aller sur Mars ou à retour­ner sur la Lune vont contri­buer à faire rêver les jeunes et créer des voca­tions, et pas seule­ment les rares futurs astro­nautes, mais ceux qui contri­buent aux pro­grès tech­no­lo­giques sur terre dans les nom­breux domaines asso­ciés ? C’est l’un des vœux de ceux qui com­mu­niquent sur ces sujets et j’en fait partie.

Publié le 2 août 2009 Post de Olivier Ezratty | Innovation, Photo numérique, TV et vidéo, Technologie, USA | 6 commentaires